Voederschakelaarbeveiliging

Voedingslijnbeveiliging

Definitie

Voedingslijnbeveiliging verwijst naar het beschermen van elektrische voedingslijnen tegen storingen om de ononderbroken stroomvoorziening van het netwerk te waarborgen. Voedingslijnen zorgen voor het transport van elektrische energie van transformatorhuisjes naar de lading. Gezien hun cruciale rol in het elektriciteitsdistributienetwerk is het van groot belang om voedingslijnen te beschermen tegen verschillende soorten storingen. De belangrijkste eisen voor voedingslijnbeveiliging zijn als volgt:

• Selectieve uitschakeling: Bij een kortsluiting moet alleen de dichtstbijzijnde schakelaar bij de storing open gaan, terwijl alle andere schakelaars gesloten blijven. Dit minimaliseert de impact op de stroomvoorziening en vermindert het bereik van de storingen.

• Reservebeveiliging: Indien de schakelaar die het dichtst bij de storing is faalt om open te gaan, moeten aangrenzende schakelaars als reservebeveiliging fungeren om het defecte gedeelte te isoleren. Deze redundantie zorgt voor de betrouwbaarheid van het gehele systeem.

• Optimale relaisreactie: De werkingsduur van de beveiligingsrelais moet worden geminimaliseerd om de systeemstabiliteit te handhaven en onnodige uitschakeling van gezonde circuits te voorkomen. Deze balans is essentieel voor efficiënte storinghantering.

Tijdgegradeerde beveiliging

Tijdgegradeerde beveiliging is een schema dat inhoudt dat de werkingsduren van relais sequentieel worden ingesteld. Deze aanpak zorgt ervoor dat bij het optreden van een storing slechts het kleinste mogelijke deel van het elektrische systeem wordt geïsoleerd, waardoor de verstoring van de overal stroomvoorziening wordt geminimaliseerd. De praktische toepassingen van tijdgegradeerde beveiliging worden hieronder beschreven.

Beveiliging van radiale voeders

Een radiaal elektrisch systeem wordt gekenmerkt door een eenrichtingverkeer van elektriciteit, van de generator of voedingsbron naar de lading. Echter, dit systeem heeft een significante tekortkoming: bij het optreden van een storing is het moeilijk om de continuïteit van de stroomvoorziening aan de lading te handhaven.

In een radiaal systeem waarin meerdere voeders in serie zijn verbonden, zoals in de figuur weergegeven, is het doel om bij het optreden van een storing het kleinste mogelijke gedeelte van het systeem te isoleren. Tijdgegradeerde beveiliging bereikt dit doel effectief. Het overspanningsbeveiligingssysteem is zo geconfigureerd dat hoe verder een relais zich bevindt van de generatie-installatie, hoe korter de werkingsduur. Dit hiërarchische tijdsinstellingmechanisme zorgt ervoor dat storingen zo dicht mogelijk bij de bron van het probleem worden opgelost, waardoor de impact op de rest van het systeem wordt verminderd.

Bij een storing op SS4 zou relais OC5 als eerste moeten werken, in plaats van enig ander relais. Dit betekent dat de werkingsduur van relais OC4 korter moet zijn dan die van relais OC3, enzovoort. Dit illustreert duidelijk de noodzaak van juiste tijdsgradaties voor deze relais. De minimale tijd tussen twee aangrenzende schakelaars wordt bepaald door de som van hun eigen schakeltijden plus een kleine veiligheidsmarge.

Voor algemeen gebruikte schakelaars bedraagt de minimale discriminatietijd tussen schakelaars tijdens de instelling ongeveer 0,4 seconden. De tijdsinstellingen voor relais OC1, OC2, OC3, OC4 en OC5 zijn respectievelijk ingesteld op 0,2 seconden, 1,5 seconden, 1,5 seconden, 1,0 seconde, 0,5 seconde en direct. Naast het tijdsgradatiesysteem is het cruciaal dat de reactietijd bij ernstige storingen wordt geminimaliseerd. Dit kan worden bereikt door tijdlimiterende vuses parallel met de tripspoelen te verbinden.

Beveiliging van parallelle voeders

Parallelle voederverbindingen worden voornamelijk gebruikt om continue stroomvoorziening te waarborgen en de belasting te verdelen. Bij het optreden van een storing in een beveiligde voeder zal het beveiligingsapparaat de defecte voeder identificeren en isoleren, waardoor de overige voeders onmiddellijk de verhoogde belasting kunnen overnemen.

Een van de eenvoudigste en meest effectieve beveiligingsmethoden voor relais in parallelle voedersystemen bestaat uit het gebruik van tijdgegradeerde overbelastingsrelais met inverse tijdkenmerken aan de verzendkant, gecombineerd met directe tegenstroom- of richtingsrelais aan de ontvangstkant, zoals in de figuur hieronder is afgebeeld. Deze configuratie stelt snelle en nauwkeurige storingdetectie en -isolatie in staat, waardoor de algehele betrouwbaarheid en stabiliteit van het parallelle voedersysteem worden verhoogd.

Bij het optreden van een ernstige storing F op een van de lijnen zal de stroom via zowel de verzend- als de ontvangstkant in de storing stromen. Hierdoor keert de richting van de stroom door het relais op punt D om, waardoor het relais opengaat.

De overmatige stroom zal dan tot punt B beperkt blijven totdat het overbelastingsrelais activeert en de schakelaar uitschakelt. Deze actie isoleert volledig de defecte voeder, waardoor de stroomvoorziening via de gezonde voeder kan doorgaan. Echter, deze methode is alleen effectief wanneer de storing ernstig genoeg is om de stroomrichting op D om te keren. Daarom wordt differentiële beveiliging naast overbelastingsbeveiliging aan beide zijden van de lijn toegevoegd om de betrouwbaarheid van het beveiligingssysteem te verhogen.

Beveiliging van ringhoofdsysteem

Het ringhoofdsysteem is een interconnectienetwerk dat een reeks energiecentrales via meerdere routes met elkaar verbindt. In dit systeem kan de richting van de stroomtoevoer indien nodig worden aangepast, vooral wanneer interconnecties worden gebruikt.

De basischematische weergave van zo'n systeem is in de onderstaande figuur weergegeven, waarbij G de generatie-installatie vertegenwoordigt, en A, B, C en D de transformatorhuisjes. Bij de generatie-installatie stroomt de stroom in één richting, dus zijn tijdvertragende overbelastingsrelais niet nodig. Tijdgegradeerde overbelastingsrelais zijn geïnstalleerd aan de einden van de transformatorhuisjes. Deze relais zullen alleen werken wanneer er een overbelastingsstroom weg van de transformatorhuisjes stroomt die ze beschermen, waardoor selectieve storingisolatie en stabiliteit van het ringhoofdsysteem worden gewaarborgd.

Bij het doorgaan van de ring in de richting GABCD worden de relais aan de verre kant van elk station geconfigureerd met progressief afnemende tijdsvertragingen. Bij de generatie-installatie is de tijdsvertraging ingesteld op 2 seconden; bij stations A, B en C zijn de instellingen respectievelijk 1,5 seconden, 1,0 seconde en 0,5 seconde, terwijl het relais op het volgende relevante punt direct werkt. Op dezelfde manier, wanneer men rond de ring in de tegengestelde richting beweegt, worden de relais aan de uitgaande zijden ingesteld volgens een corresponderend tijdsvertragingspatroon.

Bij het optreden van een storing op punt F stroomt de stroom via twee afzonderlijke paden in de storing: ABF en DCF. De getriggerde relais zijn die tussen transformatorhuisje B en het storingpunt F, evenals tussen transformatorhuisje C en het storingpunt F. Deze configuratie zorgt ervoor dat bij een storing op een bepaald gedeelte van het ringhoofdsysteem alleen de relevante relais op dat specifieke gedeelte werken. Daardoor kunnen de onaangetaste delen van het systeem zonder onderbreking functioneren, waardoor de integriteit en betrouwbaarheid van het gehele elektriciteitsdistributienetwerk worden behouden.